2021 Fiscal Year Research-status Report
Lysosomal redox control via hepatic-brain crosstalk and its disruption by methylmercury
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21K19837
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
外山 喬士 東北大学, 薬学研究科, 助教 (50720918)
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| Project Period (FY) |
2021-07-09 – 2023-03-31
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| Keywords | セレノプロテインP / リソソーム / 超硫黄 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では、リソソームに輸送されて分解される細胞外タンパク質、セレノプロテインPが、分解されるまでの間でリソソーム内で還元活性を示し、リソソームタンパク質の品質管理を行っている可能性に着目し、解明を目指している。本年度の検討では、まず、精製セレノプロテインPを培養細胞SH-SY5Yに添加することで、確かに細胞内リソソームに局在することを確認した。セレノプロテインP単体処理では、リソソームの酸性度およびリソソーム基質タンパク質の分解にはほとんど影響は認められなかったことから、一見、当初の仮説は外れたと思われた。しかし、意外なことに、精製セレノプロテインPを用いた還元活性の基質の検討から、我々は、セレノプロテインPはジチオールを用いて硫黄の付加体である超硫黄を還元する活性を見出した。細胞を超硫黄ドナー (Na2S4) で処理すると、恐らくリソソームタンパク質の超硫黄化 (現在同定法を確立中で、次年度に検討予定)に起因して、リソソームの活性が大きく落ちたが、セレノプロテインPを細胞に事前に添加しておくことで、その影響をキャンセルすることが明らかとなった。この結果は、セレノプロテインPは、リソソーム内レドックスバランスの異常事態 (ここでは超硫黄化の亢進) に対して、防御的な役割を示すことが初めて明らかにすることができた。そこで次年度では、この分子機構と、病態生理学的な意義について解明を目指したい。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
1: Research has progressed more than it was originally planned.
Reason
上記したように、当初想定していたセレノプロテインPによるリソソームの機能調節は、普通の状態では起こらないことが示された。このことから、本計画は頓挫すると思われたが、意外なことに、超硫黄ドナー (リソソームストレス誘起剤として用いた) に対してセレノプロテインPは保護的な働きを示すことが明らかとなった。セレノプロテインPはリソソームに蓄積し、超硫黄を還元することで、リソソーム機能を保つ役割が新たに示された。これは、当初の計画を想定外に超える事態であり、今後、超硫黄産生菌であるサルモネラなどの感染に対してセレノプロテインPがリソソーム活性を保つ働きを示すことで、感染防御的に作用する可能性も示唆しており、萌芽研究として予想以上 (想定外) の進展であると考えている。
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| Strategy for Future Research Activity |
上記したように、セレノプロテインPがリソソームに蓄積するとともに、超硫黄に起因するリソソーム障害を防御する役割が新たに明らかとなった。現在超硫黄ドナーで検討しているため、その生理的・病理的意義はよくわからない部分があるが、細胞感染性細菌であるサルモネラ菌などは、細胞内で硫化水素 (超硫黄) を産生し、自身の分解を回避する作用が知られている。そこで、サルモネラ菌が産生する超硫黄がリソソームの活性を低下させるとともに、セレノプロテインPは本低下を抑制することで、感染防御に寄与する可能性が考えられる。
そこで次年度では、まず、超硫黄によって超硫黄化されるリソソーム内タンパク質の同定について検討を進める。本検討のための超硫黄化タンパク質検出法についても別研究テーマに沿って確立しており実施に支障はない。
また、超硫黄産生菌であるサルモネラ感染に対して、セレノプロテインPが保護的な作用を示すか検証を行う。セレノプロテインPは、様々な感染症の抑制に寄与していることが報告されているが、サルモネラについては不明であり、またその感染抑制作用がどのような分子メカニズムに起因しているかはほとんどわかっていない。そのため、本点の解明は学術的に意義深い。
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